基于OBE教学理念的大学物理实验线上线下混合式教学实践

近年来,线上线下混合式教学模式逐步兴起,但该模式未用数据充分分析学生的学情,为改善这一不足,教改组基于OBE教学理念,结合课堂派在线课堂管理平台,挑选线上部分及线下建设教育资源,获得学生学情,反向设计线下教学环节,建设基于OBE教学理念,从学情出发的大学物理实验线上线下混合式教学模式,满足学生核心需求的同时调动学生兴趣,提升教学质量。通过教学实践及学生期末笔试成绩表明,该教学模式能精准服务教学目标,有利于学生深入理解实验原理,灵活运用所学知识,有助于逐步提升学生实践、创新能力,提高教学质量。

CUPT模式下的居家物理实验线上教学实践

新冠疫情时期,线上教学从辅助转为主流,但是以实验室为载体的实验教学仍面临困境。居家实验与虚拟仿真实验互补,构成应对实验教学困境的有效方案。虚拟仿真实验依靠系统评判,居家实验则在效果检验上存在困难。借助“中国大学生物理学术竞赛”(CUPT)模式,开展物理实验的居家环境中操作和线上展示辩论,使物理实验教学融入线上教学主流,化解特殊时期的实验教学困境。在本次教学实践,学生表现和量表评价对比研究表明,脱离了实验室环境的居家物理实验在知识运用和实验设计方面,能更好地发挥CUPT模式自主研究探索的优势。因此,居家物理实验不仅可作为特殊时期的必要教学方案,亦可作为CUPT模式研究性实验教学的常规项目,着力于学生综合素质和实践创新能力的全面提升。

燃料电池极化特性曲线分析及其在实验教学中的改进

质子交换膜燃料电池是一种极具前景的清洁能源.本文介绍了质子交换膜燃料电池的工作原理和经典极化特性曲线,分析了实验教学中非理想极化特性曲线的成因,并提出了在实际教学中的改进方案.通过燃料电池极化特性曲线的学习,可以帮助学生理解燃料电池的工作机制,了解能源方向的前沿技术.

基于等离激元纤维素微丝的微流控SERS检测实验研究

在实验工作中,将Ag纳米粒子包覆于纤维素微丝表面,获得等离激元纤维素微丝,将其置于微流通道中组装成一种新型微流控芯片,用于微流控的SERS检测。受益于等离激元纤维素微丝分布在微流管道中对管道空间的高利用,溶液中的微量分子更容易聚集在Ag纳米粒子周围进行拉曼增强。为了获得高灵敏度,对纤维素微丝的结构进行了纯化、羧化处理,从该微流控芯片中收集到的SERS光谱表明:等离激元纤维素微丝在检测时具有很高的灵敏度,最低检测限可达10^(-13)mol/L,并且在SERS检测中具有良好的可重复性。实验表明,这种带有等离激元纤维素微丝的微流控SERS检测系统在在线SERS检测中具有很高的灵敏度,在人体体液检测领域呈现出较好的应用前景。

基于微流芯片测量透明液体的浓度

微流芯片测量透明液体浓度综合实验项目是基于第8届全国大学生物理实验竞赛(创新)命题类竞赛获奖项目及学生参赛研究成果开发而来.实验项目中利用微流芯片技术设计制作了双通道微流芯片作为双缝干涉装置,将已知浓度透明液体及待测溶液分别输入该装置内,通过面阵CCD接收采集激光双缝干涉图像.利用浓度变化与光程差变化间的联系,分析测量浓度变化前后的干涉图像中条纹的移动距离,从而实现对透明液体浓度的测量.该项目涉及知识层面广泛,充分结合了基础双缝干涉光学实验内容、图像分析处理以及新兴微流芯片技术,该方法的测量精度高,较好地丰富了基础物理实验教学内容,可用作分类分层研究性实验教学项目.

分光计实验中竖向偏角对测量结果的影响

分光计通常使用阿贝式目镜的望远镜,用自准直法调节光路。实验中对光路的调节要求较高,因此对仪器的精度和可靠性要求亦高,载物台的凹凸不平、望远镜的松动等仪器自身因素都会影响光路的调节,进而影响实验结果。本文旨在研究初始竖向偏角与最小偏向角的关系,以及竖向偏角对实验观测的影响。通过原理分析、Matlab和布尔数值模拟,给出了实验误差偏大的可能原因和相应的解释;同时,通过分析实验数据判断仪器本身是否存在缺陷,并给出减小实验系统误差的建议,以达到深化教学内容、启发学生专研精神的目的。

自供能摩擦电传感器研究性实验设计

摩擦纳米发电技术是一种全新的能源技术和自供能传感技术。将摩擦纳米发电技术引入本科物理实验教学,以一项构造简洁、材料易获取的新型摩擦电眼动传感器研制成果转化为研究性实验项目为例进行了实验教学设计。该实验采用摩擦纳米发电机结构设计中基本的单电极模式,设计制作眼部运动触发的自供能传感器,将其粘贴在眼镜架镜腿内侧,即可将眼角微运动转换为电信号,用于眼动打字等人机交互系统;并辅以物理学术竞赛“自主研究+辩论交流”教学模式,将学科前沿研究与教育教学改革活动整合,培养学生实践创新综合能力,激发教师教学活力,形成科研与教学的有效融合和相互促进。

适用于多种催化反应的在线气体取样装置

电催化、光催化、热催化、压催化及耦合的新型催化是高校教学和科研中常用的技术,在测试催化反应的气相产物的过程中存在手动进样不精确、商业产品适用范围小等问题。该文设计了一种在线气体取样装置,该装置集成气路自清洁、反应容器内部气体冲洗、多种气体自动定量取样,以及连接气相色谱后可在线送样测试等功能。实验结果表明该装置建立的多组分标准曲线线性度较好,对未知样品重复测试结果的相对标准偏差较低。此外,该装置适用于多种催化反应和反应容器。